Um CubeSat 3U poderia coletar dados durante um sobrevoo de asteróide

Uma das grandes vantagens dos designs do CubeSat é que eles restringem os engenheiros que os projetam. As restrições são uma ótima maneira de desenvolver novas soluções para problemas que, de outra forma, poderiam ser ignorados sem elas. À medida que os CubeSats se tornam cada vez mais populares, cada vez mais investigadores procuram formas de os fazer fazer mais com menos. Um artigo de 2020 contribui para isso ao projetar uma missão CubeSat 3U que pesa menos de 4 kg para realizar um sobrevôo de um asteróide próximo à Terra (NEA) usando peças totalmente disponíveis no mercado.

A pesquisa, realizada por uma equipe baseada na Universidade de Tecnologia de Delft, tinha vários requisitos de missão que tentavam cumprir. Alguns eram padrão, como se precisasse de um sistema de propulsão e uma maneira de levar os dados de volta à Terra. No entanto, alguns eram mais desafiadores – tinha que pesar menos de 4 kg, tinha que caber em um corpo CubeSat 3U (que mede (100 mm x 100 mm x 340,5 mm), tinha que cumprir sua missão em menos de 650 dias e , talvez o objetivo mais desafiador tecnicamente – tem que “explorar uma estratégia de navegação totalmente autônoma”.

Primeiro, vamos dar uma olhada no design da missão. Como existem cerca de 35.000 NEAs conhecidos, os projetistas de missões não teriam mais escolha. No entanto, chegar a um com um orçamento de propulsão relativamente limitado (já que o propelente aumenta o peso – um dos limites de restrição do projeto) e encontrar o correto exigiria uma pesquisa extensiva no banco de dados de pequenos corpos do JPL.

Uma vez selecionada uma NEA, os projetistas da missão poderão planejar a trajetória ideal. No entanto, para cumprir o requisito de uma estratégia de navegação autónoma, o próprio CubeSat terá de encontrar o caminho até ao asteroide e efetuar quaisquer correções de curso ao longo do caminho. Isto pode ser extremamente difícil, dado o baixo brilho de muitos dos asteróides alvo e como esse brilho pode mudar com base no lado que está voltado para o Sol e no ângulo de onde o CubeSat se aproxima. A carga científica, incluindo uma câmera de luz visível e IR, teria que trabalhar em conjunto com um rastreador de microestrelas para garantir que a trajetória seja ideal para a coleta de dados científicos.

Essa recolha de dados pode durar apenas alguns minutos, uma vez que o propulsor limitado para a missão exigiria que fosse um sobrevôo em vez de uma órbita. A imagem resultante pode ser tão pequena quanto uma imagem de 6 x 6 pixels para um asteróide com 300 m de diâmetro. Isso forneceria ordens de magnitude com mais resolução do que as observações terrestres para a maioria. Ainda assim, não seria suficiente entrar em detalhes de massa e composição que tanto os protetores planetários como os entusiastas da mineração de asteróides mais desejariam.

Porém, qualquer informação nova é melhor do que nenhuma informação, e a simplicidade do design do hardware desta missão torna-o relativamente barato e, portanto, produzível em massa. Consiste em seis subsistemas principais – a “carga útil”, que é essencialmente uma câmera de luz visível e infravermelha; o sistema de propulsão, que é um motor de propulsão iônica microjato; o sistema de determinação e controle de atitude (ADCS), que auxilia na navegação; um sistema de comunicação que usa uma antena de banda X para se comunicar com a infraestrutura da Deep Space Network e um sistema de energia que envolveria painéis solares implantáveis.

No geral, a missão atingiu o objetivo de caber inteiramente em um pacote 3U e chegou a 3,8 kg usando componentes disponíveis no mercado. Contudo, os sistemas de gerenciamento térmico e a proteção contra radiação não foram considerados no projeto. Outros desafios, como conseguir tempo nas já sobrecarregadas antenas terrestres da Deep Space Network, ficam para outro artigo.

Mas, no mínimo, este artigo prova que é possível, pelo menos no papel, conceber uma missão barata para recolher dados sobre um asteróide e que essa missão pode ser replicada centenas ou mesmo milhares de vezes a um custo relativamente baixo. À medida que os CubeSats ganham cada vez mais capacidades e mais tração, e à medida que os custos de lançamento diminuem cada vez mais, torna-se cada vez mais plausível que, algum dia, um sistema como este possa muito bem passar por um asteróide e enviar de volta dados que de outra forma enviaríamos. não consegui.

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Imagem principal:
A Missão Hera da ESA é acompanhada por dois CubeSats de unidades triplas para observar o impacto da sonda Demonstration of Autonomous Rendezvous Technology (DART) liderada pela NASA com o asteróide secundário Didymos, planeado para o final de 2022.
Crédito: ESA